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精品 | 迟滞效应导致充放电电压曲线不重合

新能源时代  · 公众号  ·  · 2024-09-10 08:30

正文

1、什么叫电压迟滞效应?


电压迟滞效应指在充电-放电过程中,电极电势随容量变化的演化曲线不重合,由此形成电压迟滞回线。电压迟滞效应导致锂电池充放电过程中的能量耗散、降低充放电效率。
充电曲线的平衡点低于端电压,放电曲线的平衡点高于端电压。造成这种现象的主要原因是双电层的充放电和传质过程。驰豫效应的实质就是极化消退,而由此所产生的电压变化,即为极化电压。

(注:在20%-50%SOC内充放电,得到次迟滞回路)


对电池进行完整的充放循环(满充满放),得到主迟滞回路;对电池进行不完整充放循环(部分充放电),得到次迟滞回路。构成主迟滞回路的两条曲线是所有迟滞回路的边界曲线,是最大的闭合回路,次迟滞回路的充放电曲线都在边界曲线内部并有向其靠拢的趋势

(注:在0%-100%SOC内充放电,得到主迟滞回路)

2、产生电压迟滞效应原因


  • 锂离子电池产生迟滞的主要原因是:在锂的嵌入或脱嵌的过程中,活性电极材料内部的熵效应、机械应力和微观畸变。锂化和脱锂化具有不同的晶格常数,在相位势垒中产生机械应力,所以从充电到放电单个粒子内的电位下降。

  • 热力学影响也是不能忽视的因素。

3、迟滞效应影响哪方面?


根据驰豫效应原理,充、放电结束后的电压本应收敛于该SOC 点的真实OCV 值,但由于迟滞效应的存在,放电之后的电压总是松弛到小于真实OCV 的值,而充电之后的电压会松弛到高于真实OCV 的值。这就使极化电压的测量和计算产生了较大的误差,从而影响对电池电压、功率的预测。

4、迟滞电压如何测量?

间歇充放电方法得到OCV-SOC曲线是通过充分静置消除极化:电流I=0,欧姆极化和电化学极化随即(毫秒或微秒级)消失,静置t=4h,内部锂离子继续扩散,从而消除浓差极化。静置后的端电压可认为是电池在SOC下的开路电压。

间歇充放电测量过程

5、迟滞电压计算方法







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